Причины современных изменений глобального и регионального климата И.Л.

Причины современных изменений глобального и регионального климата И.Л. Кароль

Внешние причины. Антропогенный рост содержания радиационно активных примесей в атмосфере. Внутренние причины для климатической системы. Значимые для климата изменения на подстилающей поверхности. Климатические катастрофы и регионы их появления. Перспективы возможности смягчения ожидаемых изменений климата разных масштабов. Заключение.

Парниковые газы Углекислый газ Метан Закись азота Фреоны

Углекислый газ СО2 (млн-1, «время жизни» в атмосфере – около 100 лет) 1850 г. 270-280 доиндустриальный уровень 1957 г. 315 первые измерения на о. Гавайи 2015 г. 400 (390-410) 50-60% суммарного антропогенного вклада

Сезонные изменения концентрации СО2 в атмосфере имеют максимум весной и минимум осенью, связанные с его фотосинтезом в растительности на суше. Амплитуда сезонного хода не оказывает заметного влияния на радиационный эффект потепления климата.

Метан СН4 (млн-1, «время жизни» в атмосфере – около 9-12 лет) 1850 г. 0,6-0,8 доиндустриальный уровень 1950 г. 1,6 первые измерения 2015 г. 1,9-2,0 20% суммарного антропогенного вклада Интенсивность антропогенных и естественных источников приблизительно одинакова.

Закись азота N2O (млн-1, «время жизни» в атмосфере – около 140 лет) 1850 г. 0,27 доиндустриальный уровень 2015 г. 0,33 5-7% суммарного антропогенного вклада Фреоны Холодильники, химическое производство и пр. Содержание в атмосфере – доли процента. В настоящее время - снижение этого содержания в соответствии с ограничениями Монреальского протокола.

b) доля различных антропогенных парниковых газов в суммарных выбросах в 2004 г.; с) доля различных секторов в суммарных выбросах антропогенных парниковых газов в 2004 г. (лесное хозяйство включает обезлесение). (IPCC, 2007)

Аэрозоли Рост содержания в атмосфере сульфатных аэрозолей и «черного углерода» от сжигания топлива.

Сравнение радиационных воздействий на климат производится расчетом радиационного форсинга. Радиационный форсинг – мера внешнего воздействия на климатическую систему. Суммарный антропогенный фактор от доиндустриального уровня составляет 1,6 Вт/м2 в 2007 г. и 1,8 Вт/м2 в 2013 г. При этом суммарный приток естественной солнечной радиации к подстилающей поверхности составляет около 260 Вт/м2. В круговороте обменного углерода на Земле антропогенная доля – 3-4% (не следует путать с антропогенным вкладом в современное потепление климата).

Радиационное воздействие (форсинг) внешнего фактора в течение интервала времени t1 < t < t2 на некотором уровне z атмосферы определяется выражением где S↓↑ и I↓↑ - потоки коротко- и длинноволнового излучения, приходящие к уровню z сверху и снизу соответственно. Различают а) мгновенный (instantaneous) RFI и б) приспособленный (adjusted) RFa форсинги, когда соответственно температура T воздуха в период t1 < t < t2 одинакова T(t1) = T(t2) во всей атмосфере и когда сохранение T в моменты t1 и t2 требуется лишь в некоторой (нижней) части слоя атмосферы (тропосфере), а в стратосфере T(t2) принимается радиационно равновесной с составом радиационно активных примесей в этом слое в момент t2. Таким образом, на величину RF влияет лишь разность содержания указанных примесей в слое в моменты t1 и t2. За уровень z в расчетах RF принимают либо верхнюю границу атмосферы, либо уровень подстилающей поверхности (z = 0), либо, чаще всего, уровень тропопаузы (z = h).

Оценки и диапазоны глобального среднего радиационного воздействия (РВ) в период с 1850 по 2005 гг. для антропогенного углекислого газа (CO2), метана (CH4), закиси азота (N2O) и других важных веществ и механизмов, а также типичная географическая протяженность (пространственный масштаб) воздействия и оцениваемый уровень научного понимания (УНП). К 2013 г. оценки РВ увеличились на 10 – 13 %.

Вклад воздействия на климат короткоживущих и долгоживущих в атмосфере антропогенных примесей различен: для короткоживущих примесей он пропорционален скорости их поступления в атмосферу, для долгоживущих - их суммарному содержанию в атмосфере, накопленному за промежуток времени к моменту анализа. «Время жизни» метана находится на границе раздела между «временами жизни» короткоживущих и долгоживущих примесей.

Появление проблемы «черного углерода» в последние годы. Как и прочие аэрозоли, он относится к короткоживущим агентам. Трудности его измерения и оценки его радиационного эффекта (статья А.А. Виноградовой в журнале «Оптика атмосферы и океана», №12 за 2014 г.). На территории РФ в 2010 г. было выброшено 11 Мт СО и 230 кт «черного углерода». Другие оценки короткоживущих факторов см. в Кароль и др. Труды ГГО, вып.567, СПб., 2012, с. 5-82 или Известия РАН, сер. Физика атмосферы и океана, 2013, т. 49, № 5, с. 503-522.

В отличие от долгоживущих, эффект короткоживущих факторов локален во времени и в пространстве.

Региональные особенности потепления климата. Северные регионы – более быстрое потепление, таяние морских и материковых льдов, деградация мерзлых грунтов. Осушение увлажненных территорий – усиление и перераспределение эмиссий СО2 и СН4 с этих территорий. Антропогенная перестройка увлажненных территорий после их мелиорации. Различие эмиссий СО2 и СН4 от аэробного и анаэробного размораживания гидратов. Вынос СО2 и СН4 северными реками.

Частота тропических циклонов и температура поверхности в восточной части Атлантического океана в период с 1850 г. по настоящее время

Геоинжинеринг Пассивный – снижение выбросов парниковых газов в атмосферу. Здесь возможно изъятие СО2 из дымовых труб. Активный – создание аэрозольных экранов в стратосфере. Помимо «температурного» кризиса одновременно наступает «водный» кризис – нехватка воды в основной сельскохозяйственной зоне 30-40о с.ш.

Спасибо за внимание!